JPH0347938B2

JPH0347938B2 -

Info

Publication number: JPH0347938B2
Application number: JP59028750A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Oohara; Kazunori Kamimasahara
Original assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
Priority date: 1984-02-20
Filing date: 1984-02-20
Publication date: 1991-07-22
Also published as: JPS60174230A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、圧縮コイルばねのストレスシヨツト
ピーニング方法及びこの方法を実施するための装
置に関するものである。ばねの疲れ強さを向上させるために、熱処理後
のばねにシヨツトピーニング加工を施すことは、
従来から公知のところである。また、ばねがコイ
ルばねの場合における従来のシヨツトピーニング
加工方法は、例えば、添附図面の第１図に示すよ
うに、コイル成形後の状態、すなわち、無負荷の
ままのコイルばねＳを、コイル中心線を軸とした
円周方向に回転させるための駆動ローラＲ−１及
びＲ−２を矢印Ｘの方向に回転可能にベルトコン
ベヤＣの上方に配置し、ベルトコンベヤＣは、回
転駆動されるコンベヤローラＲ−３を介して矢印
Ｙの方向に連続的に移動させ、このようにして、
ばねＳを駆動ローラＲ−１及びＲ−２を介して矢
印Ｘの方向に回転させながらベルトコンベヤＣを
介して矢印Ｙの方向に移動させ、この移動の間
に、ベルトコンベヤＣの上方に配置された高速度
回転インペラＥからシヨツトを投射し、シヨツト
をコイルばねＳに打付け、シヨツトピーニング加
工を行なう方法である。しかしながら、この方法
においては、インペラＥからコイルばねＳへのシ
ヨツトの投射が、コイルの外側に対しては効果的
であつても、コイルの内側はコイルの外側の影に
なりやすい状態にあるので、シヨツト投射によつ
て得られる打撃エネルギーは、コイルの内側は小
さく、コイルの外側では大きくなり、このため
に、コイルの内側と、コイルの外側とへのシヨツ
トピーニングによる均一な加工効果が得らないと
いう欠点があつた。この欠点は、特に、ばね有効部の素線間隔が小
さいコイルばねの場合、コイルの内側だけではな
く、素線間にもピーニング加工が得られにくく、
十分な加工効果を期待することができないので、
一層顕著となる。また、特開昭58−181445号公報
に記載されるような、シヨツトピーニング後に更
に荷重下においてコイルばねの内径側にワイヤブ
ラツシグを施すことにより、コイルばねの内径側
の面に圧縮残留応力を与えてコイルばねを強化す
る方法も知られているが、加工工程が増加するば
かりではなく、非連続的な手段であつて、生産効
率の良い方法ではなかつた。従つて、コイルばね
において、従来のシヨツトピーニング方法により
十分なシヨツトピーニング加工効果を得ようとす
るためには、例えば、ピーニング作業を多数回行
なうか、あるいは、長時間のシヨツトピーニング
を施すことになるが、いずれの場合にも、非生産
的となるばかりではなく、期待した程のシヨツト
ピーニング加工による均一な残留圧力の生成を得
ることはできない。また、省エネルギー対策の面
で、例えば、自動車用懸架ばねも軽量化の方向に
あるのに従つて、コイルばねの使用最大応力は、
従来は90Kgｆ／mm²前後であつたのに対し、近年に
おいては、100Kgｆ／mm²を越える高応力化仕様ば
ねが、自動車製作会社から要望され、生産化され
るのが現状である。しかしながら、高応力化仕様コイルばねを焼戻
し後、水冷又は空冷し、常温で、しかも、従来の
シヨツトピーニング加工方法によつてシヨツトピ
ーニングを多数回又は長時間施しても、疲れ強さ
の向上に制限があることは、上記の理由から明ら
かなところであるだけではなく、既に、実証され
ているところである。そこで、本発明は、前記のような従来のコイル
ばねのシヨツトピーニング加工法における欠点を
解消し、コイルばねにおける効率的な新規なスト
レスシヨツトピーニング方法を得ることを、その
第一の目的とするものである。また、本発明の第二の目的は、コイルの表面層
内により有効な圧縮残留応力を生成されることが
可能であるコイルばねにおける新規なストレスシ
ヨツトピーニング方法を得ることにあるものであ
る。更に、本発明は、これらの方法を実施するため
のコイルばねにおけるストレスピーニング装置を
得ることを、その第三の目的とするものである。これらの目的を達成するために、本発明方法に
おいては、コイル状のばね材に一定の圧縮力と、
湾曲状に変形させる曲げ力とを同時に加え、更
に、コイル中心線を軸とした円周方向に回転させ
た状態でシヨツトピーニング加工を施すことを特
徴とするものであり、これにより、従来のコイル
ばねのシヨツトピーニング方法によつては求める
ことのできなかつたコイルの内側及び外側は無論
のこと、更に、コイル素線間にシヨツトを均一に
打付けることができ、より効果的な高い圧縮残留
圧力の生成に伴い、高い疲れ強さを有するコイル
ばねの効率的な生産が行なわれるようになるもの
である。また、本発明装置は、上記の方法を実施するた
めに、断面形状がほぼＶ字状である、ある長さを
有している移送体の上部が外方に拡開している対
向する側壁に、その長手方向の中心線上に各側壁
面に対して垂直に回転軸を、移送体の長手方向の
垂直中心平面に対して対称的に設け、各回転軸の
内端部にコイルばねを圧縮する距離をおいて台座
をそれぞれ固着して取付け、移送体は水平に移動
可能であると共に各回転軸は同時に回転駆動され
るようにし、また、移送体の移動径路の上方に高
速度シヨツト投射機を配置して成ることを特徴と
するものである。以下、本発明をその装置の実施例を示す添附図
面の第２及び第３図に基づいて詳細に説明する。第２及び３図は、本発明方法を実施するための
装置の原理的な構成を示すものであるが、図に示
すように、あらかじめ成形し、熱処理を完了した
コイルばね１を取付けるための１対の円形の台座
２₁，２₂が、コイルばねが圧縮される距離を置い
て、横断面形状が水平底部３₃を有するほぼＶ字
形であり且つある長さを有している枠状の水平な
移送体３の対向して上部が外方に拡開するように
配置されている各側壁３₁，３₂の長手方向の中心
線上に対向して各側壁３₁，３₂の面に対して垂直
に且つその壁を貫通して回転自在に取付けられた
各回転軸４₁，４₂の内端部に垂直に固着されてお
り、また、各回転軸４₁，４₂移送体３の各側壁３
_１，３₂の外部にある端部部分には、駆動歯車５₁，
５₂が各回転軸に対して垂直に固着されている。
なお、本実施例においては、このような台座２₁，
２₂の対が、移送体３の各側壁３₁，３₂の長手方
向の中心線上に、等間隔に３対配置されている。更に、移送体３の各側壁３₁，３₂の下方には、
それぞれ、長方形の板状の軌道ガイド６₁，６₂
が、間隔を置いて平行に対向して固定して配置さ
れており、また、各軌道ガイド６₁，６₂の水平な
上辺には、移送体３の各側壁３₁，３₂から外部に
突出しいる各回転軸４₁，４₂の端部に垂直に固着
されている各駆動歯車５₁，５₂とかみ合うように
ラツク７₁，７₂が、それぞれ、形成されている。更に、これらの対向する軌道ガイド６₁，６₂の
間の間隔内には、無端状の搬送コンベヤ８が配置
されており、このコンベヤ８は、軌道ガイド６₁，
６₂の外端部に対向して水平に配置された１対の
駆動ローラないしは被駆動ローラ９₁，９₂よつて
矢印Ｙの方向に水平に連続移動可能となつてい
る。また、搬送コンベヤ８の長手方向の中心線上に
は、多数の係止ピン１０が等間隔で外方に突出す
るように垂直に固定されており、これらの係止ピ
ン１０は、移動体３の水平底部３₃の中心にあけ
られた係合用穴１１に係合可能となつている。更に、搬送コンベヤ８の上方には、その長手方
向のほぼ中央部の位置に高速度シヨツト投射機１
２が設置されている。本発明装置は上記のような構成を有している
が、次ぎに、その動作を説明する。まず、移送体３の各対の台座２₁，２₂はコイル
ばねが圧縮される距離を置いて設けられており、
各台座２₁，２₂によつてそれぞれ、コイルばね１
の各端部を、コイルばね１が常時湾曲された状態
となるように保持しておき、このような状態にお
いて、移送体３をその底部３₃の係合用穴１１が
搬送コンベヤ８の係止ピン１０と係合するように
し、移送体３を搬送コンベヤ８の矢印Ｙによつて
示される方向への移動を介して、第２図で見て、
その左方の始端部から移動させる時、その移動径
路の途中において、移送体３の各回転軸４₁，４₂
の外端部に配置された各駆動歯車５₁，５₂が各軌
道ガイド６₁，６₂の水平上辺部に形成されたラツ
ク７₁，７₂とかみ合うようになり、移送体３の搬
送コンベヤ８を介する移動に伴つてこれらの駆動
歯車５₁，５₂は、軌道ガイド６₁，６₂のラツク７
_１，７₂とのかみ合いが開放されるまで連続的に回
転駆動され、これに伴つて、駆動歯車５₁，５₂と
一体の台座２₁，２₂も連続的に回転駆動され、従
つて、これらによつて保持されたコイルばね１
も、連続的に強制回転されることとなる。この場
合、コイルばね１は、第３図に示すように、あら
かじめ一定と圧縮力と、湾曲状に変形させる曲げ
力とを同時に加えられた状態において、対向して
いる１対の台座２₁，２₂に取付けられているの
で、高速度シヨツト投射機１２のインペラ側に面
したコイル１の外側の素線間隔は、開いた状態に
ある。逆に、180°旋回された位置にあり、シヨツ
ト投射機１２のインペラに対向するコイル１の素
線間は密着に近い状態にある。このようにして、移送体３が高速度シヨツト投
射機１２の下部を通過する時には、コイルばね１
は、常時湾曲した状態で、しかも、回転しながら
シヨツト投射域１３を通過するものであるので、
コイルばね１自体は、例でば、乗用車の懸架装置
に取付けられたコイルばねの動きに類似したアコ
ーデイオンモーシヨン状態の挙動を繰返しながら
ストレスシヨツトピーニング加工を受けることに
なる。このことは、とりもなおさず、コイル１の内側
及びその外側だけではなく、コイル素線の全周に
渡り、しかも、均一なストレスシヨツトピーニン
グ作用を受けるようにすることができることを意
味するものである。ここで、このような装置によつて本発明方法を
実施したコイルばねのシヨツトピーニング加工の
試験結果を説明する。熱間成形によつて、直径ｄ＝11mmのばね用鋼材
（SAE9254）を素線とし、コイル平均径110mmで、
有効巻数５巻のコイルばねを製造し、熱処理後、
常温で0.8mmのカツトワイヤーシヨツトを用いた
遠心式シヨツトピーニング機により、従来のシヨ
ツトピーニング方法によるものと、本発明による
ストレスシヨツトピーニング方法によりピーニン
グ加工を施したものとを被試験材とした。また、シヨツトピーニング強度は、アークハイ
ト0.52mmＡ、カバレージ90％以上であり、ストレ
スシヨツトピーニング時においては、コイルばね
内側の素線に最大主圧力が75〜80Kgｆ／mm²発生す
ることを目標にし、コイルばねに圧縮力及び湾曲
状に曲げ力を加えた。シヨツトピーニング施行後、それぞれのコイル
ばねに平行圧縮荷重を繰返し加えて疲れ試験を行
なつた結果、表に示すような結果が得られた。表
から分かるように、本発明によるストレスシヨツ
トピーニング加工を施したものは、最大115Kg
ｆ／mm²の応力に対し、80×10⁴回の繰返しにも折
損することなく耐えることができ、従来のシヨツ
トピーニング加工を施したものの疲れ強さに比べ
て、３倍以上の疲れ強さの向上することが確認さ
れた。

【表】

【表】注：τ_ｎ＝平均応力
τ_ａ＝応力振幅
このように、両シヨツトピーニング方法におい
て、ばねの疲れ強さに相違の生ずることは、前記
のように、シヨツトピーニング加工によつて生成
される残留応力の効果の度合が大きく影響してい
るものであり、また、実際、両シヨツトピーニン
グ加工を施したコイルばねの残留応力をエツクス
線応力測定装置によつてコイルばねの素線表面を
測定した結果、本発明によるストレスシヨツトピ
ーニング加工を施したコイルばねの圧縮残留応力
は70Kgｆ／mm²前後であり、従来のシヨツトピーニ
ングを施したコイルばねに比べて約２倍の高い値
であることを確認することができた。以上のように、本発明方法においては、従来の
シヨツトピーニング加工を施したコイルばねに比
べ、圧縮力と湾曲状に変形させる曲げ力とを同時
に加え、かつコイルの内側にも効果的なシヨツト
を行うので疲れ強さを著しく向上させることがで
き、あるいは、同じ疲れ強さをコイル素線間隔の
小さいコイルばねにも発揮させることができると
いう優れた効果が得られるものである。また、本発明装置では、上記のような構成及び
作用を有するものであるので、コイルばね自体の
圧縮応力と曲げ応力とによつて確実にアコーデイ
オンモーシヨン状態を保持することになり、調整
を必要とする何らの外力をも必要とすることな
く、また、コイルは回転しながらシヨツトピーニ
ング機のシヨツト投射域を通過し、その際、湾曲
によつて拡げられた素線の間からシヨツトがコイ
ルの内側に入るので、コイルばねの素線全周に渡
り、均一なストレスシヨツトピーニング加工効果
が得られ、従来の方法及び装置によつては得られ
ない高い疲れ強さを有するコイルばねとすること
がでるものである。しかも、移動体にピーニング
されるべきコイルばねを複数取付けられる設備を
具備することにより、加工を流れ作業によつて行
なうことが可能となるので、生産性の向上を画期
的なものとすることができるという優れた効果を
有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のコイル状ばね材のシヨツトピ
ーニング方法を説明するための斜面図、第２図
は、本発明装置の１実施例の概略的な構成を示す
正面図、第３図は、第２図の−線に沿う断面
図である。１……コイル状ばね材；２₁，２₂……台座；３
……移送体；４₁，４₂……回転軸；５₁，５₂……
駆動歯車；６₁，６₂……軌道ガイド；８……搬送
コンベヤ；１０……係止体；１２……高速度シヨ
ツト投射機；１３……シヨツト投射域。

Claims

【特許請求の範囲】１コイル状のばね材に一定の圧縮力と、湾曲状
に変形させる曲げ力とを同時に加え、更に、コイ
ル中心線を軸とした円周方向に回転させた状態の
下にコイルの内側及び外側にシヨツトピーニング
を施すことを特徴とするコイルばねのストレスシ
ヨツトピーニング方法。２断面形状がほぼＶ字状であり、ある長さを有
する水平な移送体の、上部が外方に向かつて拡開
している対向する各側壁に、その長手方向の中心
線上に、各側壁面に対して垂直な回転軸を、移送
体の長手方向の垂直中心平面に対してほぼ対称的
に設け、各回転軸の内端部にコイルばねを圧縮す
る距離をおいて台座をそれぞれ固着して取り付
け、前記移送体が水平に移動可能で、移動と同時
に各回転軸が回転駆動される手段を備え、また、
前記移送体の水平移動径路の上方には、高速度シ
ヨツト投射機を配置して成ることを特徴とするコ
イルばねのストレスシヨツトピーニング装置。３移送体が水平に移動可能で、移動と同時に各
回転軸が回転駆動される手段が、移送体を水平に
連続移動させる搬送コンベヤと、その搬送コンベ
ヤの移動径路の各側に沿つて相互に対向するよう
に水平に長手方向に固定して配置した軌道ガイド
とから成り、移送体の対向する各側壁から外部に
突出している各回転軸の端部にそれぞれ固着され
ている歯車が、各軌道ガイドの上辺部のラツクに
かみ合つていることを特徴とする特許請求の範囲
第２項記載の装置。４移送体に、その側壁に長手方向の中心線に沿
つて数対の台座を等間隔にそれぞれ対向するよう
に配置して成る特許請求の範囲第２又は第３項記
載の装置。